(57)【要約】【課題】  表示時のざらつきやむらを抑えることが可能な液晶表示素子を実現する。【解決手段】  ＣＳ配線１３は、画素領域を４つのサブピクセルに分割するように包囲している。画素電極１１は、各サブピクセルに対応するように形成されている。電圧印加により、コモン電極１８と画素電極１１との間に５Ｖの縦電界が発生する。また、画素電極１１とＣＳ配線１３との間に横電界が発生する。縦横の電界により、４つのサブピクセル内で液晶分子が渦の中心２６を中心として、ＣＳ配線１３に引っ張られるように配列する。これにより、渦の中心位置が安定し、表示時のざらつきやむらを抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極が設けられた一方の基板と、
前記第１の電極と予め定めた間隔を隔てて互いに対向配置され、前記第１の電極と対向する領域によりそれぞれの画素領域を形成する少なくとも一つの第２の電極が設けられた他方の基板と、
前記第１、第２の電極の互いに対向する内面それぞれに形成された垂直配向膜と、
前記基板間に封入され、負の誘電異方性を有する液晶層と、
を備える液晶表示素子であって、
前記画素領域を複数の微小配向領域に分割するための分割手段をさらに備え、
前記液晶層内の液晶分子は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧に応じて、前記各微小配向領域ごとに所定位置を配向中心として配向する、
ことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記分割手段は、
前記画素領域を複数の微小配向領域に分割して各微小配向領域を包囲するように配置され、前記第２の電極と対向して該第２の電極との間に補償容量を形成するための補償容量電極を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記分割手段は、
前記画素領域を複数の微小配向領域に分割して各微小配向領域を包囲するように、表面に段差部を備えて形成される前記第２の電極を含む、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記分割手段は、
前記他方の基板上に前記第２の電極と該他方の基板との間に形成され、前記画素領域を複数の微小配向領域に分割するよう、該複数の各微小配向領域に対応する複数の凹部を備えて形成される絶縁膜を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記分割手段は、
前記画素領域を複数の微小配向領域に分割して各微小配向領域を包囲するように表面に段差部を備えて構成され、前記画素領域の周辺に該画素領域と他の画素領域とを絶縁するためのパッド絶縁膜を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子に関し、特に垂直配向型の液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイには、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶パネルが広く用いられている。ＴＦＴ液晶パネルにおいては、ＴＮ型に代表される平行配向の液晶材料や、ＶＡ（Vertical Alignment）型に代表される垂直配向の液晶材料が用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
従来の垂直配向型のＴＦＴ液晶表示素子は、図８（ａ）に平面図で、図８（ｂ）にＡ−Ａ'に沿った断面図で示すように、一対のガラス基板の一方に画素電極が形成され、他方のガラス基板に画素電極と対向するコモン（共通）電極が形成されている。画素電極とコモン電極の対向部分とその間の液晶、さらにそれらを挟んで配置された一対の位相差版と偏光板とにより、液晶表示素子が形成される。また、画素電極から絶縁されて且つ一部が画素電極の縁部と対向して画素容量に並列に接続された補償容量を形成するように、補償容量（ＣＳ）配線が形成される。このＣＳ配線は、共通電極と同電位に維持される。
【特許文献１】特開２００３−２９２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した液晶表示素子において、画素電極と共通電極との間に電圧が印加されない無電界状態では、液晶分子は、図９に示すように、その長軸がガラス基板と垂直になるように配向している。それに対し、例えば画素電極とコモン電極との間に５Ｖの電圧が印加された状態、すなわち電圧ＯＮの状態では、図１０に示すように、コモン電極と画素電極との間の５Ｖの縦電界に加え、画素電極とＣＳ配線との間に５Ｖの横電界が加わる。このため、複数の液晶分子の中に渦の中心ができ、この渦の中心を軸としてＣＳ配線の方向に引っ張られるように、液晶分子が横に配列する。この渦の中心は、表示上、黒点として表れる。
【０００５】
この渦の中心の位置は、画素の設計要素（大きさ、形状等）や横電界のばらつき等により固定されず、画素毎にばらついてしまう。そのため、このばらつきが、液晶表示素子の表示においてざらつきやむらの起こる原因となってしまっていた。
【０００６】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであり、表示時のざらつきやむらを抑えることが可能な液晶表示素子を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る液晶表示素子は、
第１の電極が設けられた一方の基板と、
前記第１の電極と予め定めた間隔を隔てて互いに対向配置され、前記第１の電極と対向する領域によりそれぞれの画素領域を形成する少なくとも一つの第２の電極が設けられた他方の基板と、
前記第１、第２の電極の互いに対向する内面それぞれに形成された垂直配向膜と、
前記基板間に封入され、負の誘電異方性を有する液晶層と、
を備える液晶表示素子であって、
前記画素領域を複数の微小配向領域に分割するための分割手段をさらに備え、
前記液晶層内の液晶分子は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧に応じて、前記各微小配向領域ごとに所定位置を配向中心として配向する、
ことを特徴とする。
【０００８】
前記分割手段は、
前記画素領域を複数の微小配向領域に分割して各微小配向領域を包囲するように配置され、前記第２の電極と対向して該第２の電極との間に補償容量を形成するための補償容量電極を含むことが好ましい。
【０００９】
前記分割手段は、
前記画素領域を複数の微小配向領域に分割して各微小配向領域を包囲するように、表面に段差部を備えて形成される前記第２の電極を含むことが好ましい。
【００１０】
前記分割手段は、
前記他方の基板上に前記第２の電極と該他方の基板との間に形成され、前記画素領域を複数の微小配向領域に分割するよう、該複数の各微小配向領域に対応する複数の凹部を備えて形成される絶縁膜を含むことが好ましい。
【００１１】
前記分割手段は、
前記画素領域を複数の微小配向領域に分割して各微小配向領域を包囲するように表面に段差部を備えて構成され、前記画素領域の周辺に該画素領域と他の画素領域とを絶縁するためのパッド絶縁膜を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、表示時のざらつきやむらを抑えることが可能な液晶表示素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る液晶表示素子を、図面を参照して説明する。
【００１４】
（実施形態１）
本実施形態に係る液晶表示素子１は、図１（ａ）に平面図で、図１（ｂ）にＡ−Ａ'に沿った断面図で示すように、対向して配置されたＣＦ側ガラス基板３とＴＦＴ側ガラス基板２とを備え、両基板の間に負の誘電異方性を示す液晶２１が封入されて構成される。
【００１５】
ＴＦＴ側ガラス基板２の内面上には、画素電極１１、ドレイン配線１２、ＣＳ配線１３、ゲート配線１４、絶縁膜１５、パット絶縁膜１６が形成されている。一方、ＣＦ側ガラス基板３の内面下には、ブラックマスク１７、コモン電極１８、ＣＦ（カラーフィルタ）１９が形成されている。
【００１６】
画素電極１１は、酸化インジウムを主成分とするＩＴＯ膜等から構成される透明電極であり、凸部を備えて構成され、コモン電極１８と対向する領域により画素領域を画定する。
【００１７】
ドレイン配線１２は、画素列毎に、列方向に伸びるように形成されたアルミニウム配線等から構成される。ドレイン配線１２は、同一画素列のＴＦＴ素子のドレイン電極に接続され、列ドライバからの画像信号をオンしたＴＦＴ素子を介して画素電極１１に供給する。
【００１８】
ＣＳ配線１３は、アルミニウム配線等から構成される。ＣＳ配線１３は、画素電極１１の周囲に、画素電極１１と重なるように形成され、コモン電極１８と同電位に維持される。ＣＳ配線１３は、１画素に４つのサブピクセルができるように画素電極１１を囲んで形成されている。
【００１９】
ゲート配線１４は、画素毎に行方向に伸びるように形成されたアルミニウム配線等から構成される。ゲート配線１４は、対応する画素行のＴＦＴ素子のゲート電極に接続され、ＴＦＴ素子にゲート信号（パルス）を供給し、ＴＦＴ素子のオン／オフを制御する。
【００２０】
絶縁膜１５は、ＣＳ配線１３およびゲート配線１４が形成されたガラス基板に形成された絶縁膜であり、例えばシリコン窒化膜から構成される。なお、絶縁膜１５は、ＴＦＴ素子の図示せぬゲート電極（対応する画素行）とゲート電極に対向する半導体層（チャネル層）およびソース／ドレイン領域とを電気的に分離する。なお、各ＴＦＴ素子のソース領域は、対応する画素電極に接続され、ドレイン領域は対応するドレイン配線に接続される。
【００２１】
パット絶縁膜１６は、ドレイン配線１２上に、画素電極１１と隣接する画素の画素電極との間に形成された絶縁膜であり、シリコン窒化膜等から構成される。
【００２２】
ブラックマスク１７は、アルミニウム膜等によって構成される遮光膜であり、隣接するＣＦ１９間やＴＦＴ素子と対向する部分のＣＦ側ガラス基板３上に形成される。
【００２３】
コモン電極１８は、複数の画素電極１１に共通して対向するように形成された電極である。コモン電極１８は、ＩＴＯ膜等の透明導電物から形成される。
【００２４】
ＣＦ１９は、アクリル系樹脂からなるカラーレジスト溶液を塗布、パターン露光、現像して形成された、色の三要素に対応するカラーフィルタである。ＣＦ１９は、画素電極１１と対向するように形成される。
【００２５】
液晶２１は、負の誘電異方性を有し、ＴＦＴ側ガラス基板２とＣＦ側ガラス基板３との間に封入される。液晶２１は、無電界時（電圧無印加時）には両基板と垂直になるように配向している。
【００２６】
下側位相差版２３および下側偏光板２２がＴＦＴ側ガラス基板２の外面上に、上側位相差板２４および上側位偏光板２５がＣＦ側ガラス基板３の外面上に配置される。上側偏光板２５と下側偏光板２２とは、図２に示すように、その透過軸や吸収軸等の光学軸が直交（クロスニコル）するように配置される。
上側位相差板２４および下側位相差板２３は、下側偏光板２２を通過して液晶セル内に入射した光がクロスニコル配置された上側偏光板２５を通過できるように位相差を調整する。上側位相差板２４と下側位相差板２３とは、図２に示すように、その遅相軸が直交するように配置される。
【００２７】
次に、上記のような構造を有する画素内の液晶の挙動について説明する。
画素電極１１とコモン電極１８との間に電圧が印加されていない状態（無電界状態）では、画素電極１１、ＣＳ配線１３、コモン電極１８は同電位であるため、図３に示すように、液晶２１の分子長軸はＴＦＴ側ガラス基板２およびＣＦ側ガラス基板３に対して垂直に配向したままである。
【００２８】
これに対し、画素電極１１とコモン電極１８およびＣＳ配線１３との間に電圧が印加されると、図４に示すように、画素電極１１とコモン電極１８との間に５Ｖの縦電界が発生し、さらに、画素電極１１の周縁部とＣＳ配線１３との間で横電界が発生する。このため、画素周辺部の液晶分子は、渦の中心２６を中心にＣＳ配線１３に引っ張られるように横に配列する。上述したように、ＣＳ配線１３によって画素が４つのサブピクセルに分かれているため、渦の中心２６は１画素内に４つできることになる。
【００２９】
以上説明したように、ＣＳ配線１３および画素電極１１で４辺が囲まれたサブピクセルが形成される。
区分されたサブピクセル内では、周囲のＣＳ配線１３に引っ張られるように液晶分子が配向するため、発生する渦の中心の位置が安定している。したがって、表示の際に発生する黒点の位置が安定するため、表示上のざらつきやむらを抑えることができる。
【００３０】
次に、渦の中心位置をより確定することが可能な液晶表示素子について説明する。
【００３１】
（実施形態２）
本実施形態に係る液晶表示素子１は、図５（ａ）に平面図で、図５（ｂ）にＡ−Ａ'に沿った断面図で示すような構造を有している。本実施形態の液晶表示素子１が実施形態１の液晶表示素子１と異なる点は、各サブピクセルにおける中心部の絶縁膜１５に穴２７が形成されていることである。また、パット絶縁膜１６は画素領域を包囲するように凸部を備えて形成されている。
【００３２】
画素電極１１とコモン電極１８との間に電圧が印加されていない状態（無電界）では、図６に示すように、液晶２１は垂直に配向したままである。これに対し、画素電極１１とコモン電極１８との間に電圧が印加された状態では、図７に示すように、液晶２１の液晶分子が穴２７を中心としてＣＳ配線１３に引っ張られ、かつパット絶縁膜１６で支えられるように横に配列する。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る液晶表示素子１には絶縁膜１５に穴２７が形成され、パット絶縁膜１６が凸部を備えて形成されている。
穴２７により、液晶２１において電圧が印加されても垂直配向状態を保持している液晶分子を作り出すことができる。
また、パット絶縁膜１６を高く設けることにより凹凸形状が形成され、ＣＳ配線１３によって規定されるサブピクセルの周辺を際だたせることができ、ＣＳ配線１３に引っ張られるように配向するサブピクセル内の渦の中心位置をより確実に定めることができる。
したがって、表示のざらつきやむらを軽減することが可能となる。
【００３４】
尚、本発明は上記実施形態で示した例に限定されず、様々な変形および応用が可能である。
【００３５】
例えば、上記実施形態１では、ＣＳ配線１３による画素分割と画素電極１１による画素分割、上記実施形態２では、それに加えて絶縁膜１５の穴２７とパット絶縁膜１６の凸部による画素分割をおこなった液晶表示素子の例について説明した。しかし、これらは単独で用いても、いずれかを複数組み合わせて用いても良い。
【００３６】
また、上記の実施形態では、負の誘電異方性を有する液晶を用いた垂直配向の液晶表示装置として説明したが、本発明は任意のアクティブマトリクス型の液晶表示装置に適用可能である。そのため、正の誘電異方性を有する液晶を使用することもできる。
【００３７】
また、上記実施形態では、画素電極１１およびパッド絶縁膜１６は凸部を備えて構成されるものとしたが、表面に段差を備えて構成されていればよく、例えば凹部を備えて構成されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態１に係る液晶表示素子の構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る液晶表示素子の光学設計を説明するための図である。
【図３】図１の液晶表示素子の電圧無印加状態での様子を示す図である。
【図４】図１の液晶表示素子の電圧印加状態での様子を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る液晶表示素子の構成を示す図である。
【図６】図５の液晶表示素子の電圧無印加状態での様子を示す図である。
【図７】図５の液晶表示素子の電圧印加状態での様子を示す図である。
【図８】従来の液晶表示素子の構成を示す図である。
【図９】図８の液晶表示素子の電圧無印加状態での様子を示す図である。
【図１０】図８の液晶表示素子の電圧印加状態での様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・液晶表示素子、２・・・ＴＦＴ側ガラス基板、３・・・ＣＦ側ガラス基板、１１・・・画素電極、１２・・・ドレイン配線、１３・・・ＣＳ配線、１４・・・ゲート配線、１５・・・絶縁膜、１６・・・パット絶縁膜、１７・・・ブラックマスク、１８・・・コモン電極、１９・・・ＣＦ、２１・・・液晶、２２・・・下側偏光板、２３・・・下側位相差板、２４・・・上側位相差板、２５・・・上側偏光板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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